(57)【要約】【課題】  現像手段内のトナー濃度を均一化し、均一な画像濃度を常に保ち、トナーの過剰な補給を防止し、トナーの飛散や感光体への地肌かぶりを防ぎ、高品質な画像を出力することを目的とする。【解決手段】  横循環攪拌方式の攪拌部３０を有し、２成分現像剤を用いて感光体に形成された静電潜像を現像する現像手段と、攪拌部３０にトナーを間欠補給するトナー補給手段と、現像手段内の２成分現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段４０と、この検知結果に基づいて、トナー補給手段から現像手段へのトナー補給を制御する補給制御手段５０とを備える。補給制御手段により制御されるトナー補給許容時間を、トナー補給手段により補給開口より補給されたトナーが、トナー補給手段の補給開口の中心として定義付けられる補給点Ｐ１から、トナー濃度検知手段４０のトナー濃度を検知する検知点Ｐ２まで移動するトナー移動時間よりも同じか短く設定する。【選択図】  図３
2006047409.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーと、キャリアとからなる２成分現像剤を混合攪拌しながら循環させる攪拌スクリューを設けてなる横循環攪拌方式の攪拌部を有し、前記２成分現像剤を用いて感光体に形成された静電潜像を現像する現像手段と、前記攪拌部にトナーを補給開口より間欠補給するトナー補給手段と、前記現像手段内の２成分現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段と、このトナー濃度検知手段の検知結果に基づいて、前記トナー補給手段から前記現像手段へのトナー補給を制御する補給制御手段とを備えた画像形成装置において、
前記補給制御手段により制御されるトナー補給許容時間（Ｔ１）を、前記トナー補給手段により補給開口より補給されたトナーが、前記トナー補給手段の補給開口の中心として定義付けられる補給点から、前記トナー濃度検知手段のトナー濃度を検知する検知点まで移動するトナー移動時間（Ｔ）よりも同じか短く設定したことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記トナー補給許容時間（Ｔ１）が経過後、一定時間、前記トナー補給手段によるトナー補給を停止する無補給時間（Ｔ２）を設定したことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記トナー補給許容時間（Ｔ１）、
前記トナー移動時間（Ｔ）、
および前記無補給時間（Ｔ２）が、
Ｔ１≦Ｔ≦Ｔ２
の関係式を満足するように設定したことを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンターなどの２成分現像剤を用いて感光体に形成された静電潜像を現像する画像形成装置に関し、特にトナー補給時間を制御することにより、トナー濃度の均一化を図るようにしたものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、画像形成装置にあっては、感光体に形成された静電潜像を、トナーと、キャリアとからなる２成分現像剤により現像している。このような画像形成装置にあっては、画像の現像に際しトナーを消費するため、稼動中に２成分現像剤が充填された現像手段に、トナーを補給する必要がある。
【０００３】
この種画像形成装置にあっては、現像手段に近接してトナーを充填したトナー補給手段を設け、現像手段内のトナー濃度を検知し、一定濃度以下になったら、トナー補給手段からトナーを補充するように制御している。この場合、トナー濃度の検知を、制御部によりトナーが補給された後の所定時間内は、トナー濃度センサによるトナー濃度検知を行なわず、補給されたトナーが、トナー濃度センサを最初に通過するときのトナー濃度を検知するようにしたものがある。（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許２００３−７６１３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上述の特許文献記載の構成では、補給されたトナーが、トナー濃度センサを最初に通過するときのみトナー濃度を検知し、他の時間帯は、トナー濃度を検知していない。このため、現像手段内の現像ローラ上のトナー濃度とずれが生じ、現像手段内を所望のトナー濃度に保つことができない。この結果、画像パターンを出力したときに、画像不良が発生し、画像品質の低下を招来する、などの問題点があった。
【０００５】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、極めて簡単に、現像手段内のトナー濃度を均一化して、均一な画像濃度を常に保ち、しかもトナーの過剰な補給を防止し、トナーの飛散や感光体への地肌かぶりが生じないようにして、高品質な画像を出力することができる画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明では、トナーと、キャリアとからなる２成分現像剤を混合攪拌しながら循環させる攪拌スクリューを設けてなる横循環攪拌方式の攪拌部を有し、２成分現像剤を用いて感光体に形成された静電潜像を現像する現像手段と、攪拌部にトナーを補給開口より間欠補給するトナー補給手段と、現像手段内の２成分現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段と、このトナー濃度検知手段の検知結果に基づいて、トナー補給手段から現像手段へのトナー補給を制御する補給制御手段とを備えた画像形成装置において、補給制御手段により制御されるトナー補給許容時間（Ｔ１）を、トナー補給手段により補給開口より補給されたトナーが、トナー補給手段の補給開口の中心として定義付けられる補給点から、トナー濃度検知手段のトナー濃度を検知する検知点まで移動するトナー移動時間（Ｔ）よりも同じか短く設定する。
【０００７】
請求項２記載の発明では、トナー補給許容時間（Ｔ１）が経過後、一定時間、トナー補給手段によるトナー補給を停止する無補給時間（Ｔ２）を設定する。
請求項３記載の発明では、トナー補給許容時間（Ｔ１）、トナー移動時間（Ｔ）、および無補給時間（Ｔ２）が、Ｔ１≦Ｔ≦Ｔ２の関係式を満足するように設定する。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１記載の発明の構成によれば、トナー補給許容時間を、トナー移動時間よりも同じか短くしているので、補給したトナーによるトナー濃度への影響が未確認の状態での過度の補給が防止できる。しかも、トナー濃度は、連続して検知しており、補給したトナーによるトナー濃度への影響を考慮した上で、再度補給するように制御すればよく、現像手段内のトナー濃度を均一化できる。しかも、トナーの過剰な補給を防止しているので、トナーの飛散や感光体への地肌かぶりが生じない。この結果、高品質な画像を出力することができる。
【０００９】
請求項２記載の発明の構成によれば、トナー補給許容時間を、トナー移動時間よりも短くするとともに、その後、一定時間前記トナー補給手段によるトナー補給を停止する無補給時間を設定しているので、補給したトナーによるトナー濃度への影響が未確認の状態での一定時間、過度の補給が防止できる。しかも、トナー濃度は、連続して検知しており、補給したトナーによるトナー濃度への影響を考慮した上で、再度補給するように制御でき、現像手段内のトナー濃度を均一化できる。しかも、未確認状態でのトナーの過剰な補給を一定時間停止しているので、トナーの飛散や感光体への地肌かぶりが生じない。この結果、高品質な画像を出力することができる。
【００１０】
請求項３記載の発明の構成によれば、トナー補給許容時間を、トナー移動時間よりも短く、かつ、トナー補給を停止する無補給時間をトナー移動時間よりも長く設定しているので、補給したトナーによるトナー濃度への影響が未確認の状態での一定時間、過度の補給が防止できる。しかも、トナー濃度は、連続して検知しており、補給したトナーによるトナー濃度への影響を考慮した上で、再度補給するように制御でき、現像手段内のトナー濃度を均一化できる。しかも、未確認状態でのトナーの過剰な補給を一定時間停止しているので、トナーの飛散や感光体への地肌かぶりが生じない。この結果、高品質な画像を出力することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明の具体的な実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る補給制御手段を搭載した画像形成装置としての複写機に適用した場合の全体構成を示す概略図である。なお、本実施形態では、本発明に係る補給制御手段を複写機に搭載した場合について説明するが、本発明に係る補給制御手段は、例えばプリンター装置、ファクシミリ装置、スキャナ装置、そしてコピー機能、プリンター機能、スキャナ機能およびファクシミリ機能などの各種機能を兼ね備えた複合機等に対しても適用可能である。
【００１２】
図１に示すように、この画像形成装置１は、装置本体２の下部に配設された給紙部１００と、この給紙部１００の上方に配設された用紙搬送部２００と、給紙部１００の上方に配設された画像形成部３００と、この画像形成部３００の側方に配設された定着部４００と、これら画像形成部３００及び定着部４００の上方に配設された画像読取部５００とが備えられている。
【００１３】
給紙部１００は、給紙カセット１０１に積層載置された用紙の束を、給紙ローラ１１５の回転動作によって最上位の用紙から１枚ずつ用紙搬送部２００に給紙する。用紙搬送部２００は、給紙部１００から給紙された用紙を、各種ローラ対２０２によって画像形成部３００に搬送し、さらに画像形成部３００および定着部４００において画像形成がなされた用紙を排出ローラ２０５によって装置本体２の側部に設けられた用紙排出トレイ２０４に用紙を排出する。
【００１４】
画像読取部５００は、コンタクトガラス上に載置された原稿に、露光ランプから光を照射し、反射鏡を介してその反射光をＣＣＤラインセンサ等からなる光電変換部に導くことにより、原稿の画像情報を読み取る。画像形成部３００は、上記画像読取部５００の下方に配設され、電子写真プロセスによって、用紙上に所定のトナー像を形成するもので、回転可能に軸支された光導電性を有する例えば、ドラム状の感光体３０１と、この感光体３０１の周囲にその回転方向に沿って、帯電装置３０２、露光装置３０３、現像手段３０４、転写装置３０５、クリーニング装置３０６および除電装置（図示せず）および現像手段３０４にトナーを補給するトナー補給手段を１０備えている。定着部４００は、画像形成部３００の用紙搬送方向の下流側に配置され、画像形成部３００においてトナー像が転写された用紙を、一対の定着ローラ４０１によって挟んで加熱し、用紙上にトナー像を定着させる。
【００１５】
この画像形成装置１の基本的な作動状態を簡単に説明すると、帯電装置３０２により図１で時計方向に回転する感光体３０１が一様に帯電され、画像読取部５００で読み取られた画像情報に基づいて、例えばレーザー操作装置などからなる露光装置３０３からのレーザービームにより感光体３０１上に静電潜像が形成され、現像手段３０４により静電潜像に現像剤が付着されてトナー像が形成される。
【００１６】
上記のようにしてトナー像が形成された感光体に向けて、給紙部１００から用紙搬送部２００を通って用紙が画像形成部３００に搬送され、この画像形成部３００において転写ローラなどからなる転写装置３０５により感光体３０１の表面におけるトナー像が用紙に転写される。そして、トナー像が転写された用紙は感光体３０１から分離され、定着部４００に搬送されてトナー像が定着される。定着部４００を通過した用紙は、排出ローラ２０５を経て用紙排出トレイ２０４に排出される。
【００１７】
そして、転写装置３０５による転写後に感光体３０１は、クリーニング装置３０６および除電装置で残留トナー、残留電荷を除去して、必要に応じて再び帯電装置３０２で帯電される。
【００１８】
このような基本動作が繰り返し実行されると、現像手段３０４に収納されているトナーが消費される。この消費されたトナーを補給するため、感光体３０１と反対側における現像手段３０４の側方にトナーを補給するためのトナー補給手段（トナーコンテナ）１０が着脱自在に取り付けられている。なお、本実施形態においては、ドラム状の感光体３０１を使用しているが、感光体３０１の形状には限定はなく、上述したドラム状以外の公知の形状を用いることができる。例えば、シート状、ベルト状、ウェブ状などの形状が挙げられる。
【００１９】
次に、現像手段およびトナー補給手段について図２および図３を参照しながら説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置である複写機における現像手段およびトナー補給手段の要部構成を、一部を断面して示す一部断面正面図、図３は、図２示す現像手段の一部を断面して示す一部断面平面図である。
【００２０】
この現像手段３０４は、現像ローラ３０４ａと、トナーと、キャリアとからなる２成分現像剤を混合攪拌しながら図中矢印Ａ１→Ａ２（図３参照）に示す方向に、トナー濃度を検知するトナー濃度検知手段４０を経由して循環させる横循環攪拌方式の攪拌スクリュー３０４ｂ、３０４ｃからなる攪拌部３０などから構成されている。そして、現像手段３０４内にトナー補給手段１０からトナー取り込み口３０４ｄを通して間欠補給されたトナーを、攪拌部３０の攪拌スクリュー３０４ｂ、３０４ｃで摩擦帯電させつつ、現像ローラ３０４ａに搬送し、現像ローラ３０４ａにより感光体３０１にトナーを供給する。
【００２１】
トナー補給手段１０は、上方に開口する箱状の容器本体１１と、この容器本体１１の上方開口部を閉塞する蓋体１２と、容器本体１１内に配設され、トナーを攪拌する攪拌ブレード（図示しない）などを備え、感光体３０１と反対側の現像手段３０４の側方に位置している。容器本体１１は、内部がトナーを貯留する比較的大容量の貯留部（図示しない）と、この貯留部の現像手段３０４側上部に該貯留部に連通した状態で設けられた連通部１４およびトナー送出部１３とを備える。
【００２２】
トナー送出部１３は、現像手段３０４に補給するトナーが一時的に貯留される部分であり、現像手段３０４の一側部に設けられたトナー取り込み口３０４ｄの上方に位置する。このトナー送出部１３は、感光体３０１の軸線と略平行に細長く形成され、その底部１１１に現像手段３０４のトナー補給開口としてのトナー取り込み口３０４ｄと対向してトナー補給口１３０が設けられている。また、トナー送出部１３は、貯留部と比較して浅底に形成され、底部１１１、特にトナー補給口１３０周辺に過剰なトナー圧が発生しないように形成されている。さらに、トナー送出部１３は、トナー補給口１３０の周辺を除いて断面視略半円状に形成される一方、トナー補給口１３０の周辺において底部が略平面状に形成され、このトナー送出部１３の長手方向に沿って移送スクリュー２０（移送手段）が容器本体１１の対向側壁間に架設されている。
【００２３】
この移送スクリュー２０は、トナー送出部１３に搬送貯留されたトナーを、トナー補給口１３０に向けて移送するものであり、容器本体１１の前後対向壁間に架設され回転駆動する移送回転軸２１と、この移送回転軸２１の外周面に突設されたスパイラルブレード２２と、トナー補給口１３０に対応する移送回転軸２１の外周面に突設されたパドル２３とを備えている。移送スクリュー２０は、比較的小径に形成され、１回転で搬送するトナー量が比較的少量となるように設定されている。
【００２４】
移送回転軸２１は、例えばモータなどからなる駆動手段６０により回転駆動するものであり、補給制御手段５０により制御され、図２では反時計方向に回転するものとなされている。スパイラルブレード２２は、移送回転軸２１の回転に伴ってトナー補給口１３０に向けてトナーを搬送するものであり、トナー補給口１３０に対応する部分を境界に逆方向に螺旋状に巻回されて構成されている。パドル２３は、現像手段３０４にトナーが充満していない場合に上記スパイラルブレード２２により搬送されたトナーを、トナー補給口１３０に送り出すものであるとともに、現像手段３０４にトナーが充満している場合に過搬送されてきたトナー（余剰分のトナー）を連通部１４に払い出すものであり、偏平な板状体として形成されている。このパドル２３は、移送スクリュー２０の径と略同等の長さを有している。
【００２５】
なお、トナー補給口１３０の下方には、該トナー補給口１３０を閉塞するシャッター部材（図示せず）がスライド自在に設けられ、トナー補給手段１０を、装置本体２に取り付ける際に該シャッター部材がスライドしてトナー補給口１３０を開放するように形成されている。
【００２６】
而して、本発明に従い、現像手段３０４へのトナー補給は、例えば、透磁率センサなどからなるトナー濃度検知手段４０の検知結果に基づいて、補給制御手段５０により制御される。この制御は、トナー補給手段１０からトナーを補給するトナー補給許容時間Ｔ１を、トナー補給手段１０により補給されたトナーが、トナー補給手段１０の補給点Ｐ１（図３参照）である現像手段３０４のトナー取り込み口３０４ｄから、トナー濃度検知手段４０のトナー濃度を検知する検知点Ｐ２まで移動するトナー移動時間Ｔよりも短く設定する。その後、無補給時間Ｔ２を、トナー移動時間Ｔよりも長く設定する。すなわち、式１の関係式を満足するように設定する。
【００２７】
Ｔ１≦Ｔ≦Ｔ２…………式１
例えば、図３に示した具体例では、トナー取り込み口３０４ｄとして長辺１５ｍｍ、短辺１０ｍｍの矩形状の場合、この矩形の２つの対角線の交点が補給点Ｐ１と定義付けられ、この補給点Ｐ１よりトナー搬送方向下流側５０ｍｍに配置したトナー濃度検知手段４０の検知部分の中心点として定義される検知点Ｐ２までのトナー移動時間Ｔが、３．５ｓｅｃである場合、補給制御手段５０の設定を、トナー補給許容時間Ｔ１を３ｓｅｃ、無補給時間Ｔ２を４ｓｅｃとする。従って、補給制御手段５０は、図４に示すように、トナー濃度検知手段４０のアナログ出力値Ｖｔａを検知しておき、補給制御手段５０においてアナログ出力値Ｖｔａが、制御基準値Ｖ２を超えた時点で、駆動手段６０を駆動し、移送回転軸２１を回転駆動してトナー取り込み口３０４ｄからトナーを、３ｓｅｃ間、現像手段３０４に補給する。その後、４ｓｅｃ間無補給とし、その後、まだアナログ出力値Ｖｔａが、制御基準値Ｖ２を超えている場合には、再度トナー補給を行い、制御基準値Ｖ２以下となった時点で、補給を停止する。この場合、トナー補給許容時間Ｔ１は、アナログ出力値Ｖｔａが、制御基準値Ｖ２を超えていても、最長３ｓｅｃであり、その後は、４ｓｅｃ間無補給とする。以後同様に制御する。なお、図４は、縦軸にトナー濃度検知手段４０のアナログ出力値Ｖｔａを、横軸に経過時間ｔ（ｓｅｃ）を示すタイムチャートである。
【００２８】
以上の構成による本実施形態によれば、トナー補給許容時間Ｔ１を、トナー移動時間Ｔよりも短くしているので、補給したトナーによるトナー濃度への影響が未確認の状態での過度の補給が防止できる。また、トナー濃度は、連続して検知しており、補給したトナーによるトナー濃度への影響を考慮した上で、再度補給するように制御すればよく、現像手段内のトナー濃度を均一化できる。しかも、トナーの過剰な補給を防止しているので、トナーの飛散や感光体への地肌かぶりが生じない。この結果、高品質な画像を出力することができる。
【００２９】
また、その構成は、補給制御手段の設定、すなわち、現像手段およびトナー補給手段の能力に応じて、プログラムを変更すればよく、極めて簡単である他、トナーは粉体であり、現像手段内で広がりながら搬送されるので、補給効果を検知するのが遅れるが、本発明によれば、その間一定時間無補給とし、補給効果を確認しながら、トナー補給を行うように制御している。従って、従来のように制御基準値以下となった時点で、補給を停止する場合に比べ、その制御がなだらかとなり、現像手段内のトナー濃度を一定範囲内に保持できる、といった効果を奏する。
【００３０】
なお、上記トナー補給許容時間Ｔ１は、無補給時間Ｔ２の設定に応じて適宜実験により最適な条件を求めればよく、たとえばＴ２をＴに対して１．５倍程度の長さに設定する場合には、Ｔ１は実質上Ｔと同じ長さに設定することが望ましくなる。これは、無補給時間が長くなる場合には、１回の補給許容時間をトナー移動時間に近づけることで補給トナーの不足を解消し画像追従性を安定させるためである。
【００３１】
一方、無補給時間Ｔ２がトナー移動時間Ｔに対して短くなる場合においても、トナー補給許容時間Ｔ１を短く設定することで画像追従性を維持すると共にかぶりを抑制することは短期的には可能ではあるが、トナー濃度検知手段の出力が安定せず、結果として長きに渡って安定させることは難しくなる。従って、現像装置のトナー移動時間Ｔに基づいてＴ１並びにＴ２を上記範囲に制御することで安定した現像を行うことができる。
【００３２】
次に、本発明の実験例およびその結果について説明する。京セラミタ製のカラー複写機ＫＭ−Ｃ２６３０（毎分Ａ４横送り２６枚）の現像部を利用して以下の実験を行った。上記実験機における現像装置の設定条件としては、２成分現像剤のトナー濃度は５．０％で、攪拌スクリュー３０４ｂの外径１４ｍｍであり、Ｐ１（長辺１５ｍｍ、短辺１０ｍｍの矩形状の中心）からＰ２（トナー濃度検知手段４０の中心）までの距離を４０ｍｍ、トナー補給量（トナー容器本体からトナー補給手段１０によるトナー取り込み口３０４ｄへの供給量）を７．０ｇ／ｍｉｎ、現像手段内の現像剤充填量４００ｇ、攪拌スクリューの搬送速度１０ｍｍ／ｓｅｃ（Ｐ１Ｐ２間のトナー移動時間Ｔ＝４．０ｓｅｃ）とし、トナー補給許容時間（Ｔ１）および無補給時間（Ｔ２）を種種変更して、実際に複写画像より以下の画像評価を行った。なお、画像濃度の測定には、マクベス社製の反射濃度計ＲＤ９１８を使用した。
【００３３】
画像追従性：
Ａ４横で原稿印字率30％を１００枚連続コピ−し、
画像濃度（ＩＤ）が０．１以内までの変動  →  ○
ＩＤが０．１から０．２の範囲での変動    →  △
ＩＤが０．２以上の変動                  →  ×
かぶり：
Ａ４横で原稿印字率30％を１００枚連続コピ−し、
地肌かぶり濃度が０．０１０以下    →  ○
０．  ０１０から０．０２０の範囲内  →  △
０．０２０以上のかぶり濃度        →  ×
【００３４】
【表１】
2006047409.tif 000003
以上の通り、表１に示す実験結果から明らかなように、トナー移動時間（Ｔ）に対してトナー補給許容時間（Ｔ１）が同じか、もしくは小さくなれば、画像追従性ならびにかぶりに対して安定していることが理解できる。
【００３５】
一方、トナー補給を停止する無補給時間（Ｔ２）をトナー移動時間（Ｔ）に対して小さくする場合には、トナーの供給が増加し、かぶりが生じることが理解できる。
なお、上述した実施形態は、本発明の好適な実施形態であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々変形実施可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の活用例としては、２成分現像剤を用いた現像手段を備えた画像形成装置が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本実施形態に係る補給制御手段を搭載した画像形成装置としての複写機に適用した場合の全体構成を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る画像形成装置である複写機における現像手段およびトナー補給手段の要部構成を、一部を断面して示す一部断面正面図である。
【図３】図２示す現像手段の一部を断面して示す一部断面平面図である。
【図４】縦軸にトナー濃度検知手段４０のアナログ出力値Ｖｔａを、横軸に経過時間ｔ（ｓｅｃ）を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００３８】
１        画像形成装置
１０      トナー補給手段
３０      攪拌部
４０      トナー濃度検知手段
５０      補給制御手段
３０１    感光体
３０４    現像手段
３０４ｂ  攪拌スクリュー
３０４ｃ  攪拌スクリュー
Ｔ        トナー移動時間
Ｔ１      トナー補給許容時間
Ｔ２      無補給時間
Ｐ１      補給点
Ｐ２      検知点
【図１】
2006047409.tif 000004
【図２】
2006047409.tif 000005
【図３】
2006047409.tif 000006
【図４】
2006047409.tif 000007